时间对每个人都很熟悉,但很难定义和理解。科学、哲学、宗教和艺术对时间有不同的定义,但衡量时间的系统是相对一致的。
时钟基于秒、分钟和小时。虽然这些单位的基础在整个历史中都发生了变化,但它们的根源可以追溯到古代苏美尔。现代国际时间单位,另外,是由铯原子的电子跃迁定义的。但时间究竟是什么?
科学定义
物理学家将时间定义为从过去到现在再到未来的事件的进展。基本上,如果一个系统是不变的,它是永恒的。时间可以被认为是现实的第四维度,用于描述三维空间中的事件。它不是我们能看见、摸到或尝到的东西,但我们可以测量它的通过。
时间之箭
物理方程同样有效,无论时间是向前移动到未来(正时间)还是向后移动到过去(负时间)。然而,自然界中的时间只有一个方向,称为时间之箭。为什么时间是不可逆转的,这是科学中最大的未解决的问题之一。
一种解释是,自然界遵循热力学定律。热力学第二定律指出,在孤立的系统中,系统的熵保持不变或增加。如果宇宙被认为是一个孤立的系统,它的熵(无序程度)永远不会减少。换句话说,宇宙不能回到与早期完全相同的状态。时间不能倒退。
时间膨胀
在经典力学中,时间在任何地方都是一样的。同步时钟保持一致。然而,我们从爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论中知道,时间是相对的。这取决于观察者的参考框架。这可能导致时间膨胀,其中事件之间的时间变长(膨胀),越接近光速。移动时钟比静止时钟运行得更慢,随着移动时钟接近光速,这种效果变得更加明显。喷流或轨道上的时钟记录时间比地球上的时钟慢,μ介子粒子在下落时衰变得更慢,迈克尔逊 – 莫雷实验证实了长度收缩和时间膨胀。
时间旅行
时间旅行意味着向前或向后移动到不同的时间点,就像你可能在空间中的不同点之间移动一样。在自然界中向前跳跃发生在自然界中。国际空间站上的宇航员在返回地球时会及时向前跳跃,因为它相对于空间站的运动较慢。
然而,回到过去的想法带来了问题。一个问题是因果关系或因果关系。时光倒流可能会导致时间悖论。“祖父悖论”就是一个典型的例子。根据这个悖论,如果你在母亲或父亲出生之前回到过去并杀死你的祖父,你可以阻止自己的出生。许多物理学家认为时间旅行到过去是不可能的,但是时间悖论有解决方案,例如在平行宇宙或分支点之间旅行。
时间感知
人类的大脑有能力跟踪时间。大脑的视交叉上核是负责每日或昼夜节律的区域。但神经递质和药物会影响时间感知。激发神经元的化学物质,使它们比正常时间更快地放电,而神经元放电减少会减慢时间感知。基本上,当时间似乎加速时,大脑会在一段时间内区分更多的事件。在这方面,当一个人玩得开心时,时间似乎真的飞逝了。
在紧急情况或危险期间,时间似乎变慢了。休斯顿贝勒医学院的科学家说,大脑实际上并没有加速,但杏仁核变得更加活跃。杏仁核是大脑中产生记忆的区域。随着更多记忆的形成,时间似乎被拉长了。
同样的现象也解释了为什么老年人似乎认为时间比年轻时更快。心理学家认为,大脑对新经历的记忆比对熟悉经历的记忆更多。由于在以后的生活中建立的新记忆越来越少,时间似乎过得更快。
时间的开始和结束
就宇宙而言,时间是有开端的。起点是137.99亿年前大爆炸发生时。我们可以测量宇宙背景辐射作为来自大爆炸的微波,但没有任何早期起源的辐射。时间起源的一个论点是,如果它向后无限延伸,夜空将充满来自较老恒星的光。
时间会结束吗?这个问题的答案是未知的。如果宇宙永远膨胀,时间就会继续。如果一个新的大爆炸发生,我们的时间线就会结束,一个新的时间线就会开始。在粒子物理实验中,随机粒子来自真空,因此宇宙似乎不太可能变成静态或永恒的。只有时间会证明一切。
要点
时间是事件从过去到未来的发展。
时间只向一个方向移动。在时间上向前移动是可能的,但不能向后移动。
科学家认为,记忆的形成是人类感知时间的基础。